DE3534208A1

DE3534208A1 - Method for metering and introducing mercury into a discharge lamp

Info

Publication number: DE3534208A1
Application number: DE19853534208
Authority: DE
Inventors: Mannhart Dipl Ing Zauter; Albert Dr Heidemann; Henry Fischer
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1987-03-26
Also published as: DE3534208C2

Abstract

In the case of this method, a strand of liquid mercury is initially formed in a channel (9). One end of the strand is cooled to below the solidification point (freezing point) with the aid of Peltier elements (13, 13'). Subsequently, a solidified strand element of predetermined length is cut off by means of an impact die (14) and is flung downwards, passing through the pump connecting stub (18), which is fitted underneath, of a discharge lamp while still in the solidified state. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren und Einbringen von Quecksilber in eine Entladungslampe.The invention relates to a method for dosing and Introducing mercury into a discharge lamp.

Quecksilber ist ein wesentlicher Bestandteil der Füllung für sehr viele Arten von Entladungslampen. Von entscheidender Bedeutung ist dabei, daß das Queck silber zuverlässig und in richtiger Dosierung in den Lampenkolben eingebracht wird. Gewöhnlich wird hierzu die Pumpstutzenöffnung mitverwendet, durch die reines Quecksilber als Tropfen (u.U. in einem Behälter einge schlossen) und/oder eine feste Quecksilberverbindung z.B. ein Amalgam oder ein Halogenid, eingebracht wird.Mercury is an integral part of the Filling for many types of discharge lamps. From It is of crucial importance that the mercury silver reliably and in the correct dosage in the Lamp bulb is introduced. Usually this is done shared the pump nozzle opening, through the pure Mercury as a drop (possibly placed in a container closed) and / or a solid mercury compound e.g. an amalgam or a halide.

Niederdruckentladungslampen werden überwiegend mit flüssigem Quecksilber gefüllt. Meist wird dabei ein Mehrfaches der wirklich benötigten Quecksilbermenge in die Lampe eingebracht, was heutzutage allein schon unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes vermieden werden sollte. Diese Überdosierung ist erforderlich, weil die üblicherweise eingesetzten Dosierhohlräume für ein genaues Portionieren kleiner Mengen nicht geeignet sind. Zudem müssen die Quecksilber-Tröpfchen eine gewisse Mindestgröße haben, um nicht beim Durchgang durch den Pumpstengel an der Wand haften zu bleiben. Das Reduzieren der Haftwirkung durch eine Silikonbeschichtung der Pumpstengelwand ist dafür eine umständliche und nicht voll befriedigende Lösung. Als Alternative wird das flüssige Quecksilber beim Einbringen in einen Behälter eingeschlossen, der erst im Lampenkolben z.B. mittels Laserbestrahlung oder Hochfrequenzinduktionstechnik wieder geöffnet wird. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und löst überdies in keiner Weise das Problem der Portionierung kleiner Mengen.Low-pressure discharge lamps are mainly used liquid mercury filled. Mostly a Multiple of the amount of mercury really needed in the lamp brought in, which is already what it is these days avoided from the point of view of environmental protection should be. This overdose is necessary because the dosing cavities usually used not for precise portioning of small quantities are suitable. In addition, the mercury droplets have a certain minimum size in order not to Passage through the pump handle stuck to the wall stay. The reduction of the adhesive effect by a The silicone coating on the pump stem wall is one of them cumbersome and not fully satisfactory solution. As Liquid mercury is used as an alternative Put in a container, the first in the lamp bulb e.g. by means of laser radiation or High-frequency induction technology is opened again. However, this process is very complex and solves moreover, in no way the problem of portioning small amounts.

Bei Hochdruckentladungslampen wird häufig der Füllung neben festen Quecksilberverbindungen ebenfalls reines, flüssiges Quecksilber zugesetzt. Die benötigte Menge hängt stark vom Lampentyp ab. In allen Fällen ist jedoch eine genaue Dosierung erforderlich. Große Mengen können zwar gut mit Nadelfüllern portioniert werden, bei kleinen Mengen ist diese Methode jedoch nicht genügend zuverlässig, so daß die betroffenen Lampen eine starke Streuung in ihrem Betriebsverhalten aufweisen. In jedem Fall muß zudem auch hier wieder das Haften des flüssigen Quecksilber-Tropfens an der Pumpstengelwand mit ähnlich aufwendigen Techniken wie bei Niederdruckentladungslampen vermieden werden.The filling is often used in high-pressure discharge lamps in addition to solid mercury compounds also pure, liquid mercury added. The needed amount strongly depends on the lamp type. In all cases however, an exact dosage is required. Size Quantities can be portioned well with needle fillers with small quantities this method is however not reliable enough so that the affected Lamps have a wide spread in their operating behavior exhibit. In any case, also here again the liquid mercury drop sticking to the Pump stem wall with similarly elaborate techniques as be avoided with low-pressure discharge lamps.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zum Dosieren und Einbringen von Quecksilber bereitzustellen, das sowohl ein genaues Dosieren - auch sehr geringer Mengen - von Quecksilber als auch ein zuverlässiges Einbringen ermöglicht.The invention is based on the object Eliminate disadvantages and a method for dosing and to introduce mercury, which both precise dosing - also very low Amounts - of mercury as well as a reliable one Introducing allows.

Diese Aufgabe wird bei Entladungslampen, deren Füllung reines Quecksilber enthält, erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:This task is carried out with discharge lamps, their filling contains pure mercury, according to the invention following process steps solved:

- Form a strand of liquid mercury
- Cooling one strand end to below the Freezing point
- Cutting off a solidified partial strand of predetermined length
- Introducing this solidified partial strand in the Discharge lamp

Das Gefrieren des Quecksilbers (Hg) bringt mehrere Vorteile:Freezing the mercury (Hg) brings several Advantages:

Das Dosieren des erstarrten Hg wird durch die Tatsache erleichtert, daß ein Festkörper im Gegensatz zu einem Tropfen seine Gestalt nicht verändern kann; des weiteren besitzen die kleinsten herstellbaren Tropfen (Kugel-Radius R) erheblich mehr Volumen und Masse als ein bei Kühlung unter den Erstarrungspunkt erzeugbarer Strang mit der gleichen kleinsten herstellbaren Länge R, da der Strangdurchmesser erheblich unter dem Wert R gehalten werden kann. Darüber hinaus ist das Adhäsionsvermögen von gefrorenem Hg, verglichen mit flüssigem, vernachlässigbar, so daß das Abtrennen des Hg-Strangs wie auch sein verlustloses Einbringen in den Lampenkolben durch einen Pumpstutzen hindurch entscheidend erleichtert wird.The dosing of the solidified mercury is facilitated by the fact that, unlike a drop, a solid cannot change its shape; Furthermore, the smallest droplets that can be produced (sphere radius R) have considerably more volume and mass than a strand that can be produced when cooled below the solidification point and has the same smallest length R that can be produced, since the strand diameter can be kept considerably below the value R. In addition, the adhesiveness of frozen mercury is negligible compared to liquid mercury, so that the separation of the mercury strand as well as its lossless introduction into the lamp bulb through a pump nozzle is made significantly easier.

Insbesondere wird zum Bilden eines Strangs das flüssige Quecksilber in eine Kanüle eingeleitet. Dadurch kann ein sehr kleiner Durchmesser des Strangs erzielt werden, was die Genauigkeit der Dosierung erleichtert. Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, die Kühlung des Strangendes im wesentlichen mit Peltierelementen vorzunehmen, was eine kleine Dimensionierung des Kühlaggregats ermöglicht und nur eine geringe Eingangsleistung erfordert.In particular, that is to form a strand liquid mercury introduced into a cannula. This can make a very small diameter of the strand can be achieved, which is the accuracy of Dosage made easier. It is particularly advantageous further, the cooling of the strand end essentially to make with Peltier elements, which is a small one Dimensioning of the cooling unit enables and only requires a low input power.

Bevorzugt wird vor dem Abtrennen des erstarrten Teil strangs am Strangende eine Längenbestimmung vorge nommen. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit der Dosie rung sichergestellt, weil die Länge des Teilstrangs die abzutrennende Quecksilbermenge eindeutig festgelegt.Preference is given to separating the solidified part strand length pre-determined at the end of the strand taken. This ensures high accuracy of the dose tion ensured because the length of the partial strand the amount of mercury to be separated clearly fixed.

Vorteilhaft wird das Abtrennen des erstarrten Teilstrangs mittels eines Schlagstempels durchge führt, ein Verfahren, das schnell und genau mit hoher Wiederholfrequenz durchführbar ist. Eine Längenbe stimmung auf optischem Wege arbeitet berührungsfrei und somit praktisch verzögerungsfrei und läßt sich daher dem Verfahrensschritt des Abtrennens bestmöglich anpassen. Die Herstellung des Schlagstempels aus einem optisch transparenten Material bietet dabei die Möglichkeit, die Länge des Teilstrangs mit Hilfe der durch ihn bedingten Abschattung einer Lichtquelle (Laserstrahl) zu kontrollieren. Ein besonderer Vorteil des Abtrennens mit Hilfe eines Schlagstempels ist, daß der vom Schlagstempel auf den abgetrennten Teilstrang übertragene mechanische Impuls für eine schnelle Beförderung des erstarrten Teilstrangs durch den Pumpstutzen in die Entladungslampe sorgt. Damit wird die Gefahr ausgeschlossen, daß eine eventuelle Wiederverflüssigung des Teilstrangs bereits vor dem Passieren des Pumpstutzens erfolgt.The separation of the solidified is advantageous Partial strands by means of a punch performs a process that is quick and accurate with high Repetition frequency is feasible. A length label Optical mood works without contact and thus practically without delay and can be therefore the separation step as best as possible to adjust. The production of the punch from one The optically transparent material offers the Possibility of using the length of the partial strand shadowing of a light source caused by it Control (laser beam). A special advantage of cutting off with a punch is that that of the punch on the severed strand transmitted mechanical impulse for a fast Transport of the solidified partial strand through the Pump nozzle in the discharge lamp ensures. So that will excluded the risk that a possible Reliquefaction of the partial strand before the Passing the pump nozzle is done.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungs beispiels näher erläutert.The invention is based on the following embodiment example explained in more detail.

In der Figur ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren des Dosierens und Einbringens von Quecksilber vorteilhaft durchgeführt werden kann.In the figure, a device is shown with the the inventive method of dosing and Introducing mercury is advantageously carried out can be.

In einem Vorratsgefäß 1, das sich nach unten hin trichterförmig verengt, ist eine größere Menge flüssigen Quecksilbers 2 eingebracht. Durch das enge Trichterrohr 3 steht das Vorratsgefäß 1 mit einem unter ihm befindlichen Hohlraum 4 in Verbindung. Der Zugang zum Hohlraum 4 kann durch einen Kugel verschluß 5 abgedichtet werden, der mit Hilfe eines Führungsstabes 6 auf- und abbewegt werden kann. Den Boden des Hohlraums 4 bildet eine bewegliche Membran 7 aus Edelstahl (0,2 mm dick), so daß durch das Anpressen eines Stempels 8 an die Membran 7 das Volumen des Hohlraums 4 verkleinert werden kann, wobei das Trichterrohr 3 durch den Kugelverschluß 5 abgedichtet ist. Der vom Stempel 8 bewirkte Druck setzt sich in einer seitlich am Hohlraum 4 angebrachten Kanüle 9 (Innendurchmesser 0,5 mm) fort, so daß am offenen Ende 10 der Kanüle 9 Quecksilber 11 austritt. Das Kanülenende 10 wird über eine Kältebrücke 12 aus Edelstahl mittels Peltierelementen 13, 13′ auf eine Temperatur von etwa - 48 °C gekühlt. Dabei ist die Kältebrücke 12 als massives, vertikal aufgestelltes, dickwandige Rohr (Innen durchmesser 4 mm) ausgebildet, in das das Kanülenende 10 seitlich einmündet. Da der Erstarrungspunkt von Quecksilber bei - 39°C liegt, ist das am Kanülen ende 10 austretende Quecksilber 11 gefroren und behält infolgedessen seine durch die Kanüle 9 bewirkte zylindrische Gestalt bei.A large amount of liquid mercury 2 is introduced into a storage vessel 1 , which narrows downwards in a funnel shape. Through the narrow funnel tube 3 , the storage vessel 1 communicates with a cavity 4 located below it. Access to the cavity 4 can be sealed by a ball closure 5 , which can be moved up and down with the aid of a guide rod 6 . The bottom of cavity 4 forms a movable diaphragm 7 made of stainless steel (0.2 mm thick), so that the volume of the cavity 4 can be reduced by the pressing of a stamp 8 of the membrane 7, wherein the funnel tube 3 sealed by the spherical shutter 5 is. The pressure caused by the stamp 8 continues in a cannula 9 (inner diameter 0.5 mm) attached to the side of the cavity 4 , so that mercury 11 emerges at the open end 10 of the cannula 9 . The cannula end 10 is cooled via a cold bridge 12 made of stainless steel by means of Peltier elements 13 , 13 'to a temperature of about - 48 ° C. The cold bridge 12 is designed as a solid, vertically erected, thick-walled tube (inner diameter 4 mm), into which the cannula end 10 opens laterally. Since the solidification point of mercury is -39 ° C., the mercury 11 emerging at the end of the cannula 10 is frozen and consequently maintains its cylindrical shape caused by the cannula 9 .

Im Rohr 12 ist ein Schlagstempel 14 aus Plexiglas so angeordnet, daß er - durch eine Feder 15 gehalten - in Ruhelage oberhalb der Einmündung der Kanüle 9 verbleibt. Hat jedoch das aus der Kanüle 9 in Strangform austretende Quecksilber 11 die der gewünschten Dosierung entsprechende Länge erreicht (was sich z.B. durch die von einer Photodiode gemes sene Abschattung eines in das Rohr 12 gelenkten Lichtstrahls kontrollieren läßt), so wird der Schlagstempel 14, von einer an der Photodiode ange schlossenen elektronischen Regelung gesteuert, schnell nach unten bewegt. Dabei trennt er mit Hilfe einer ringförmigen Edelstahlschneide 16 den in das Rohr 12 hineinragenden Teilstrang des Quecksilbers (Gewicht ca. 5 mg) ab und schleudert ihn nach unten in ein Auslaßrohr 17. Am Ende des Auslaßrohres 17 steht der Pumpstutzen 18 der zu füllenden Entladungslampe an. Infolgedessen passiert der abgetrennte Teilstrang den Pumpstutzen 18 im gefrorenen Zustand, ehe er sich in der Lampe nach kurzer Zeit wieder verflüssigt.In the tube 12 , a punch 14 made of plexiglass is arranged so that it - held by a spring 15 - remains in the rest position above the mouth of the cannula 9 . However, if the mercury 11 emerging from the cannula 9 in the form of a strand has reached the length corresponding to the desired dosage (which can be checked, for example, by the shadowing of a light beam directed into the tube 12 as measured by a photodiode), then the punch 14 , by a connected to the photodiode connected electronic control controlled, quickly moved down. He uses a ring-shaped stainless steel cutting edge 16 to cut off the partial strand of mercury (weight approx. 5 mg) protruding into the tube 12 and flings it down into an outlet tube 17 . At the end of the outlet tube 17 , the pump nozzle 18 of the discharge lamp to be filled is present. As a result, the separated partial strand passes the pump nozzle 18 in the frozen state before it liquefies again in the lamp after a short time.

Der Arbeitsgang wird abgeschlossen durch das Zurück bewegen des Stempels 8, worauf das Quecksilber im Hohlraum 4 wieder aufgefüllt wird, indem der Kugel verschluß 5 wieder geöffnet wird.The operation is completed by moving the stamp 8 back , whereupon the mercury in the cavity 4 is refilled by the ball closure 5 is opened again.

Der Schlagstempel 14 und das Rohr 12 sind in einem Gehäuse (nicht eingezeichnet) eingeschlossen, das diesen Teil der Apparatur hermetisch von der Außenluft abtrennt. Die Kondensation von Wasserdampf am gefro renen Quecksilber wird damit vermieden. Außerdem ist dieses Gehäuse mit einer Vorkühlstufe versehen. Sie besteht aus weiteren Peltierelementen in Kombination mit einer Wasserzirkulation.The punch 14 and the tube 12 are enclosed in a housing (not shown) which hermetically separates this part of the apparatus from the outside air. The condensation of water vapor on the frozen mercury is thus avoided. This housing is also equipped with a pre-cooling stage. It consists of further Peltier elements in combination with a water circulation.

Über einen Pumpstandanschluß 19 kann das Rohr 12 und der über den Pumpstutzen 18 angeschlossene Lampen kolben evakuiert und/oder mit einer Schutzgasatmos phäre (gekühltes Argon) gefüllt werden, wobei die Dichtung zwischen dem Pumpstutzen 18 und dem Auslaßrohr 17 durch eine schnellösbare Gummidichtung erfolgt.Via a pumping station connection 19 , the tube 12 and the lamps connected via the pump connection 18 can be evacuated and / or filled with a protective gas atmosphere (cooled argon), the seal between the pump connection 18 and the outlet pipe 17 being made by a quick-release rubber seal.

Claims

1. Process for metering and introducing mercury into a discharge lamp, characterized by the following process steps

- Form a strand of liquid mercury
- Cooling one end of the strand to below the solidification point
- Cutting off a solidified partial strand of a given length
- Introducing this solidified partial strand into the discharge lamp.

2. The method according to claim 1, characterized in that that liquid mercury to form a strand is introduced into a cannula.

3. The method according to claim 1, characterized in that essentially cooling the strand end Peltier elements are made.

4. The method according to claim 1, characterized in that before separating the solidified partial strand on Strand end a length determination is made.

5. The method according to claim 1, characterized in that the separation of the solidified strand by means a punch is carried out.

6. The method according to claim 4 and 5, characterized records that the length is determined optically and for this the punch stamp essentially from one optically transparent material.

7. The method according to claim 5, characterized in that the one transferred to the partial strand when disconnected mechanical impulse for the immediate introduction of the Partial strand is used in the discharge lamp.